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我國工業控制技術發展潮流及熱點技術

發布日期：2022-04-18 點擊率：137

本文從8個方面詳盡的介紹了目前國內工業控制的熱點技術和發展趨勢。

　　工業控制自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術，對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術，主要包括工業自動化軟件、硬件和系統三大部分。工業控制自動化技術作為20世紀現代制造領域中最重要的技術之一，主要解決生產效率與一致性問題。雖然自動化系統本身并不直接創造效益，但它對企業生產過程有明顯的提升作用。

　　我國工業控制自動化的發展道路，大多是在引進成套設備的同時進行消化吸收，然后進行二次開發和應用。目前我國工業控制自動化技術、產業和應用都有了很大的發展，我國工業計算機系統行業已經形成。工業控制自動化技術正在向智能化、網絡化和集成化方向發展。

　　1.以工業PC為基礎的低成本工業控制自動化將成為主流

　　眾所周知，從20世紀60年代開始，西方國家就依靠技術進步（即新設備、新工藝以及計算機應用）開始對傳統工業進行改造，使工業得到飛速發展。20世紀末世界上最大的變化就是全球市場的形成。全球市場導致競爭空前激烈，
促使企業必須加快新產品投放市場時間（Time to Market）、改善質量（Quality）、降低成本（Cost）以及完善服務體系（Service），這就是企業的T.Q.C.S.。雖然計算機集成制造系統（CIMS）結合信息集成和系統集成，追求更完善的T.Q.C.S.，使企業實現“在正確的時間，將正確的信息以正確的方式傳給正確的人，以便作出正確的決策”，即“五個正確”。然而這種自動化需要投入大量的資金，是一種高投資、高效益同時是高風險的發展模式，很難為大多數中小企業所采用。在我國，中小型企業以及準大型企業走的還是低成本工業控制自動化的道路。

　　工業控制自動化主要包含三個層次，從下往上依次是基礎自動化、過程自動化和管理自動化，其核心是基礎自動化和過程自動化。

　　傳統的自動化系統，基礎自動化部分基本被PLC和DCS所壟斷，過程自動化和管理自動化部分主要是由各種進口的過程計算機或小型機組成，其硬件、系統軟件和應用軟件的價格之高令眾多企業望而卻步。

　　20世紀90年代以來，由于PC-based的工業計算機（簡稱工業PC）的發展，以工業PC、I/O裝置、監控裝置、控制網絡組成的PC-based的自動化系統得到了迅速普及，成為實現低成本工業自動化的重要途徑。我國重慶鋼鐵公司這樣的大企業的幾乎全部大型加熱爐，也拆除了原來DCS或單回路數字式調節器，而改用工業PC來組成控制系統，并采用模糊控制算法，獲得了良好效果。

　　由于基于PC的控制器被證明可以像PLC一樣可靠，并且被操作和維護人員接受，所以，一個接一個的制造商至少在部分生產中正在采用PC控制方案?；赑C的控制系統易于安裝和使用，有高級的診斷功能，為系統集成商提供了更靈活的選擇，從長遠角度看，PC控制系統維護成本低。由于可編程控制器（PLC）受PC控制的威脅最大，所以PLC供應商對PC的應用感到很不安。事實上，他們現在也加入到了PC控制“浪潮”中。

　　近年來，工業PC在我國得到了異常迅速的發展。從世界范圍來看，工業PC主要包含兩種類型：IPC工控機和Compact PCI工控機以及它們的變形機，如AT96總線工控機等。由于基礎自動化和過程自動化對工業PC的運行穩定性、熱插拔和冗余配置要求很高，現有的IPC已經不能完全滿足要求，將逐漸退出該領域，取而代之的將是CompactPCI-based工控機，而IPC將占據管理自動化層。國家于2001年設立了“以工業控制計算機為基礎的開放式控制系統產業化”工業自動化重大專項，目標就是發展具有自主知識產權的PC-based控制系統，在3(5年內，占領30%(50%的國內市場，并實現產業化。

　　幾年前，當“軟PLC”出現時，業界曾認為工業PC將會取代PLC。然而，時至今日工業PC并沒有代替PLC，主要有兩個原因：一個是系統集成原因；另一個是軟件操作系統Windows NT的原因。一個成功的PC-based控制系統要具備兩點：一是所有工作要由一個平臺上的軟件完成；二是向客戶提供所需要的所有東西。可以預見，工業PC與PLC的競爭將主要在高端應用上，其數據復雜且設備集成度高。工業PC不可能與低價的微型PLC競爭，這也是PLC市場增長最快的一部分。從發展趨勢看，控制系統的將來很可能存在于工業PC 和 PLC之間，這些融合的跡象已經出現。

　　和PLC一樣，工業PC市場在過去的兩年里保持平穩。與PLC相比，工業PC軟件很便宜。據Frost & Sullivan公司估計，全世界每年7億美元工業PC市場里，大約8500萬美元為控制軟件，一億美元為操作系統。到2007年會翻一番，工業PC市場變得非常可觀。

　　2.PLC在向微型化、網絡化、PC化和開放性方向發展

　　長期以來，PLC始終處于工業控制自動化領域的主戰場，為各種各樣的自動化控制設備提供非常可靠的控制方案，與DCS和工業PC形成了三足鼎立之勢。同時，PLC也承受著來自其它技術產品的沖擊，尤其是工業PC所帶來的沖擊。

　　目前，全世界PLC生產廠家約200家，生產300多種產品。國內PLC市場仍以國外產品為主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的產品。經過多年的發展，國內PLC生產廠家約有三十家，但都沒有形成頗具規模的生產能力和名牌產品，可以說PLC在我國尚未形成制造產業化。在PLC應用方面，我國是很活躍的，應用的行業也很廣。專家估計，2000年PLC的國內市場銷量為15(20萬套（其中進口占90%左右），約25(35億元人民幣，年增長率約為12%。預計到2005年全國PLC需求量將達到25萬套左右，約35(45億元人民幣。

　　PLC市場也反映了全世界制造業的狀況，2000后大幅度下滑。但是，按照Automation
Research Corp的預測，盡管全球經濟下滑，PLC市場將會復蘇，估計全球PLC市場在2000年為76億美元，到2005年底將回到76億美元，并繼續略微增長。

　　微型化、網絡化、PC化和開放性是PLC未來發展的主要方向。在基于PLC自動化的早期，PLC體積大而且價格昂貴。但在最近幾年，微型PLC（小于32 I/O）已經出現，價格只有幾百歐元。隨著軟PLC（Soft PLC）控制組態軟件的進一步完善和發展，安裝有軟PLC組態軟件和PC-based控制的市場份額將逐步得到增長。

　　當前，過程控制領域最大的發展趨勢之一就是Ethernet技術的擴展，PLC也不例外。現在越來越多的PLC供應商開始提供Ethernet接口?？梢韵嘈?，PLC將繼續向開放式控制系統方向轉移，尤其是基于工業PC的控制系統。

　　3.面向測控管一體化設計的DCS系統

　　集散控制系統DCS（Distributed Control System）問世于1975年，生產廠家主要集中在美、日、德等國。我國從70年代中后期起，首先由大型進口設備成套中引入國外的DCS，首批有化纖、乙烯、化肥等進口項目。當時，我國主要行業（如電力、石化、建材和冶金等）的DCS基本全部進口。80年代初期在引進、消化和吸收的同時，開始了研制國產化DCS的技術攻關。

　　近10年，特別是“九五”以來，我國DCS系統研發和生產發展很快，崛起了一批優秀企業，如北京和利時公司、上海新華公司、浙大中控公司、浙江威盛公司、航天測控公司、電科院以及北京康拓集團等。這批企業研制生產的DCS系統，不僅品種數量大幅度增加，而且產品技術水平已經達到或接近國際先進水平。在2001年全國應用的4426套DCS系統中，國產DCS系統為1486套，占35%。短短幾年，國外DCS系統在我國一統天下的局面從此不再出現。這些專業化公司不僅占據了一定的市場份額，積累了發展的資本和技術，同時使得國外引進的DCS系統價格也大幅度下降，為我國自動化推廣事業做出了貢獻。與此同時，國產DCS系統的出口也在逐年增長。

　　雖然國產DCS的發展取得了長足進步，但國外DCS產品在國內市場中占有率還較高，其中主要是Honeywell和橫河公司的產品。我國DCS的市場年增長率約為20%，年市場額約為30(35億元。由于近5年內DCS在石化行業大型自控裝置中沒有可替代產品，所以其市場增長率不會下降。據統計，到2005年，我國石化行業有1000多套裝置需要應用DCS控制；電力系統每年新裝1000多萬千瓦發電機組，需要DCS實現監控；不少企業已使用DCS近15(20年，需要更新和改造。所以，今后5年內DCS作為自動化儀表行業主要產品的地位不會動搖。

　　根據中國儀器儀表行業協會公布的調查數據顯示，2002年我國DCS市場狀況如下：

　　小型化、多樣化、PC化和開放性是未來DCS發展的主要方向。目前小型DCS所占有的市場，已逐步與PLC、工業PC、FCS共享。今后小型DCS可能首先與這三種系統融合，而且“軟DCS”技術將首先在小型DCS中得到發展。PC-based控制將更加廣泛地應用于中小規模的過程控制，各DCS廠商也將紛紛推出基于工業PC的小型DCS系統。開放性的DCS系統將同時向上和向下雙向延伸，使來自生產過程的現場數據在整個企業內部自由流動，實現信息技術與控制技術的無縫連接，向測控管一體化方向發展。

　　4.控制系統正在向現場總線（FCS）方向發展
元為操作系統。到2007年會翻一番，工業PC市場變得非?？捎^。

　　2.PLC在向微型化、網絡化、PC化和開放性方向發展

　　長期以來，PLC始終處于工業控制自動化領域的主戰場，為各種各樣的自動化控制設備提供非?？煽康目刂品桨福cDCS和工業PC形成了三足鼎立之勢。同時，PLC也承受著來自其它技術產品的沖擊，尤其是工業PC所帶來的沖擊。

　　目前，全世界PLC生產廠家約200家，生產300多種產品。國內PLC市場仍以國外產品為主，<

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